上篇：塑膠的結構設計：加強筋篇（上），介紹了加強筋設計的原則中的“基于剛度原則”，本篇接著介紹：“基于外觀質量原則”。

加強筋設計的原則：

• 基于剛度原則

• 基于外觀質量原則（√）

• 基于加工工藝原則

02  基于外觀質量原則

由上篇分析可知，增加加強筋的厚度同樣可以增加塑件件的剛度和強度，特別是在加強筋高度有限制的情況下，但增設加強筋后 , 對注塑件外觀表面質量有很大影響，具體表現為，塑料件外觀表面產生一定凹陷的縮痕，當加強筋厚度過大時，縮痕更加明顯，嚴重影響塑料件的表面質量、光學性能。

1、加強筋背部外表面縮痕的形成過程：

注塑件的縮痕大都產生在背面有筋、突起物（定位柱）或內圓角相對的位置等局部壁厚偏大的結構處。在這些結構處會出現材料堆集，該處在成形加工時所需的冷卻時間延長。特別是連接處內部的冷卻要慢于外部，假如此時得不到足夠的壓力彌補，里層的冷卻會將表層已經硬化的塑件內拉，如果外層塑件已經冷卻硬化足夠抵抗收縮拉力，就會在內部形成縮孔，如果外層較軟，表層就會被內拉下凹而形成縮痕。

縮孔

是產生在制件內部的孔。其可以單個出現，也可以成組地以小孔形式出現。除了透明的制件外 ，一般難以從制件表面看到縮孔，但縮孔會對零件的結構性能會造成嚴重影響。

縮痕

在成型零件的表面顯示為凹陷。這些凹陷通常不大；不過，它們通常看起來很明顯，因為其會朝零件的不同方向反光。縮痕的可見性是還會受零件的顏色和表面紋理共同作用的影響，因此深度僅僅是其中的一個影響縮痕可見性的因素。盡管縮痕并不影響零件強度或功能，但還是將其視為嚴重的質量缺陷。

縮痕的可見性

有些凹痕在拋光面比較明顯，但在咬花面難以看到。總之，隨著塑件件表面效果由高光→亞光→紋面→皮紋（等）轉變，縮痕的的可見性逐漸降低甚至消失。

通常情況下，凹痕量>0.03mm，在自然光條件下，縮痕明顯；0.01-0.03mm在強光照射下明顯。

2、影響縮痕形成和縮痕大小的因素有：

1）成型材料：聚合物的分子鏈結構、結晶度、力學性能、流動性能、充填物等；

2）工藝條件：注射速度、保壓壓力、保壓時間、冷卻時間、熔體溫度、模具溫度等；

3）模具結構：澆口大小、形狀、數量、位置，冷卻水路的分布等；

4）產品結構：壁厚不均勻（加強筋參數的設計）。

從以上看，影響縮痕形成和縮痕大小的因素很多，在解決實際產品縮痕問題時應根據具體情況具體分析。

有關縮痕專題的后續有時間會單獨介紹，本文主要介紹產品結構這一因素，同時，在設計時也應該把產品結構這一因素放在首位，因為產品結構是首先被確定的因素，然后才有成型材料、模具結構、工藝條件這些因素，很多時候在產品結構上去做優化，會很大程度減小縮痕產生的幾率，從而避免后續通過各種調整工藝條件去改善縮痕而又引起其他注塑問題的產生，比如加大保壓壓力，雖能減小縮痕跡大小，但壓力太大會導致批鋒或飛邊等缺陷產生。

以下只針對加強筋的設計進行介紹。

比較常見的加強筋如下圖這種，其截面的設計參數主要包括塑膠件的壁厚T、加強筋的底部厚度B、加強筋的頂部厚度C、加強筋的高度H，加強筋的拔模斜度α，加強筋底部圓角R。

3、加強筋的哪些參數會影響加強筋背面的縮痕產生呢？下面通過對冷卻過程的描述進行解釋。

• 圖a：為了便于介紹，假設塑件件的前后模面冷卻速率均勻（實際上塑件件后模側比前模冷卻晚些，因為最后是留在后模頂出的）。

• 圖b：當壁厚均勻時，塑件件整體冷卻較均勻，外觀無縮痕。
  

• 圖c：當加強筋底部較厚，底部圓角較大時，加強筋與壁厚結合處有一較大的膠位冷卻緩慢，外觀縮痕較深。

• 圖d：當減小加強筋底部厚度，底部圓角保持原樣時，冷卻緩慢的膠位變小，外觀縮痕變淺。

• 圖e：當底部圓角減小時，冷卻緩慢的膠位進一步變小，外觀縮痕進一步變淺。

• 圖f：當底部圓角取消時，冷卻緩慢的膠位消失，塑件件整體冷卻均勻，外觀縮痕基本看不到。

現在，根據冷卻均勻假設，產生縮痕的原因是壁厚不均勻（即上圖紅色區域為多膠區域引起），現對上面紅色區域膠位進行分析，其中紅色區域為以加強筋底部與壁厚交點為圓心的兩圓與壁厚中線相交區域，然后在紅色區域內畫內切圓d（圖1），同時以加強筋底部與壁厚交點與內壁畫內切圓D（圖2），然后把圖1與圖2重疊，發現內切圓d與內切圓D的圓心重疊（圖3），且d=t。

同時，當加強筋底部設置圓角R時，結論是一樣的，區別在于加強筋厚度由之前厚度B減小到C，且隨著圓角越大，C越小。（圓角R雖然能降低應力集中，但是如果以外觀質量為前提考慮，那么圓角R不宜過大，否則會犧牲加強筋的厚度）

通過查資料可知，當加強筋根部的等效壁厚（內切圓D）與塑件壁厚T相差不大時（當t/D≤8%時，即(D-T)/T≤8%時），加強筋背部一般不易產生縮痕。

由上圖黑色三角形的幾何關系可知，

把(D-T)/T≤8%和t=D-T代入可得，B≤0.56T，所以：

對外觀要求高（光面）的塑膠件，其背部的加強筋的底部厚度建議B≤0.5T。如果對模具設計和后續工藝調參有把握，可設計B>0.56T，但最大建議不大于0.7T，因為太大后續會很難調。需要注意的是，不同塑件材質對應的加強筋厚度并不一定遵循B≤0.5T。

4、減小或避免縮痕的結構處理方式

1）對于螺絲柱

如果B值沒辦法做到小于0.56T，為了保險起見，可以做火山口（塑膠件壁厚內測淘膠），比如以下螺絲柱的處理。

• 圖1，為螺絲柱的原始設計，螺絲柱壁厚為1.75，1.75/2=0.875（>0.56），很大概率螺絲柱背面會產生縮痕。
  

• 圖2，在螺絲柱內孔底部淘膠并導全圓角，圖中紅色區域面積減小一點，但是不明顯，同時靠司筒針散熱有限，所以結果不是很明顯。
  
• 圖3，在圖2處理基礎上在螺絲柱外側根部做火山口繼續淘膠，可見圖中紅色區域面積有明顯減小，這是因為火山口處被模具鋼材填掉，帶走更多的熱量，螺絲柱背面的縮痕會有明顯改善。

實際上此螺絲柱的外徑有點過大，如果是外觀件應適當減小一點，強度可以通過添加加強筋增強，如下圖：

如果螺絲柱外徑無法減小，或者還需要更大，如圖 4 所示， 螺絲柱外徑為 9 mm（避免打裂），螺絲孔內徑為 3.4 mm，因此螺絲柱兩側壁厚 2.8 mm，所以在螺絲柱根部背面會產生縮痕現象。為解決此種結構導致的縮痕，需將螺釘柱設計成“塔狀”形式的結構，此處模具上通過斜頂出模，如圖5所示。上面螺絲柱可以按照所需規格尺寸設計，底部支撐筋條設計成 1 mm，這樣既能保證螺絲柱結構尺寸，也能避免縮痕問題的出現。

2）對于加強筋

對于某些加強筋既連接外壁也連接內部，為了保證內部強度，厚度不能減小，此時外觀面容易產生縮痕，怎么辦？

方法一：把連接外壁的部分加強筋厚度減薄，其他位置保持原厚度，此方法適用于減薄后出模方式不改變的加強筋。

方法二：對于減薄后出模方式改變的加強筋，根部走斜頂（或滑塊），使其連接外壁的厚度減薄。

如下圖為洗衣機門蓋，發現圖示箭頭處加強筋很厚（對比旁邊的加強筋很明顯看得出來），量了一下有3mm厚，殼體是3mm左右，此處由于功能需要，加強筋要有強度不能減薄，正常情況下此處外觀面會有縮痕，但是實物沒縮痕。

仔細觀察后發現，加強筋附近殘留有類似嵌件線，后面發現是斜頂線，其做法如下圖：

但是對于外觀要求不高（內部承力件）的塑膠件，加強筋的底部厚度B值可大于0.56T，這個值可根據剛度原則和冷卻原則去把控。

在常規的產品結構設計中，還需要注意以下幾個方面：

1）當有多條加強筋交叉連接時，注意防止材料局部集中堆積，避免背部產生縮痕，可參考以下方式設計。

2）加強筋與外壁連接時，盡量保持加強筋與外壁垂直。

3）如果空間允許，加強筋或螺絲柱等結構避免設計在比較陡的斜面上，無法避免時注意做防縮處理。

4）如果加強筋的厚度與主壁厚的比例不合理，參數和位置又不能更改時，可以考慮通過改變外觀造型來降低縮痕的可見性（此方法也屬于補縮，不過不好把控，慎用）。

總結：

1）加強筋的根部厚度對縮痕的影響加大，因此加強筋厚度不宜過大， B≤0.56T 。

2）加強筋根部圓角會影響加強筋根部厚度，從而間接影響縮痕，因此圓角也不能過大，如一定需要，圓角半徑最好不大于壁厚的0.25。

3）加強筋的拔模斜度，對縮痕影響不大，主要是為了出模考慮，這點下篇詳細介紹。

4）加強筋的高度，主要影響剛度，對縮痕影響也不大，但也不宜過高，這點下篇詳細介紹。

最后，以上所有數據和經驗除了參考公開網絡資料外，其余為個人經驗，不一定適合所有的設計，讀者應根據具體設計做出選擇，同時人為經驗判斷有時會不準確，建議有條件的通過CAE模流分析來分析，并根據模流分析的縮痕指數來預測風險，了解不同加強筋設計對縮痕的影響。